详解什么是车联网?(图解)

发布日期:2024-04-10     210 次

车联网(Internet of Vehicles)是一个很大的概念,字面意思就是将汽车置入广义的互联网中,实现车与车、车与路、车与人、车与传感设备等交互。

从定义可以看出,「车联网」是通信、互联网、汽车三个万亿行业的交汇点。站在不同的行业立场,理解车联网的角度差异非常大

先从互联网领域来看,观察一下行业巨头的表现。腾讯曾经推出一个「腾讯路宝盒子」[1],本质上就是通过汽车OBD(On-Board Diagnostic) 接口来读取、汇总、分析车辆信息,为车主提供服务与应用。

我理解下来,这有点像「腾讯手机管家」的思路 —— 以信息为中心提供服务或销售广告,这正是互联网行业的基本思路。

个人认为,它所设想的功能,车企完全可以自己去做,还可以做得更好。

再从汽车领域来看,用户对「车联网」这个词的理解有点模糊:车联网不就是给车插一个SIM卡[2],让车具备上网功能吗

消费者也会觉得,让车上网虽然挺重要,但听起来并不是一个技术难题。于是,汽车行业现在也很少宣传「车联网」这个概念,而去宣传「智驾」、「智舱」等智能化概念了。

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奔驰某款车的SIM卡槽位置 图片来源[2]

这么聊下来,要想透彻地理解「车联网」这个概念,最好还是从通信领域来解读!毕竟,车联网就是车的「联网」嘛!

一、通信的拓展应用场景:高精度定位

说起智能驾驶,你可能觉得摄像头+AI算法就可以实现环境「感知」,很硬核啊!说起车联网,不少人会觉得这不就是习以为常的「通信」技术吗,听起来不像黑科技啊?

那你有没有想过,「通信」也可以实现「感知」,车联网也将成为智驾的核心技术组件

讲到这里,你心中应该产生了疑惑:要实现智能驾驶的环境感知,的确需要摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器,同时也需要高精度地图与GNSS(Global Navigation Satellite System)全球导航卫星系统,可是从没听说过「通信基站实现高精定位」这回事啊?

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环境感知需要的传感器,包括高精地图与GNSS

要回答这个问题,我们需要简单回顾一下定位技术。

以北斗为代表的GNSS卫星定位技术应用最广泛,定位目标找到4颗卫星的距离,就可以求解出自身的位置。但是,这存在多径效应误差、通道误差、卫星钟误差、星历误差、内部噪声误差等等,定位精度、速度满足不了高阶智驾的需求。

特别是针对车载应用场景,一方面定位目标处于高速移动过程中,另一方面经常会受到隧道、高层建筑、城市高架桥的干扰,卫星定位能力进一步受限。

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传统卫星定位存在多种误差因素

大家想出了各种巧妙的方法,来尽可能消除卫星定位误差,其中一种方法就是 RTK(Real-Time Kinematic)实时动态载波相位差分技术。

RTK工作原理也不复杂:先在开阔区域建设固定的基准站,它可以提供精确的位置基准,也具备发射数据的功能;定位目标同时接收卫星数据和基准站数据,考虑到定位目标与基准站的位置相近所以误差性质相近,通过差分运算就可以大大缩小误差,最高可以实现厘米级定位。

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RTK的思路真的让人拍案叫绝啊!然而,实施起来却发现困难重重 —— 这不仅需要建设大量的基准站与卫星进行通讯,还需要建设通信装置与定位目标进行通讯。

截至2023年,北斗地基增强系统集全国之力,也仅仅完成了2500个地面基准站[3] —— 虽然数量不多,但这已经是全球规模最大、密度最高的地基增强系统了。

2500个北斗地面基准站不太够用啊!地基增程站密度小一点也能用,但存在一个严重问题:基准站与定位目标之间的数据通信受距离的影响很大,一旦距离过大则无法使用

咋办?加油建呗!于是到了2023年,北斗地面基准站从2500个增加到了3700个[4] —— 多了不少,但对于全国各地都有的汽车来说,覆盖度依然远远不够。

在通信上遇到了瓶颈? 那咱们就找通信专家来帮忙啊! 没错,这就是中国移动牵头的「5G+北斗高精度定位系统」[5]。咱们来看看它的工作原理:

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  • 数据通信覆盖度:地面基准站与定位目标(车辆)之间的通信,可以通过中国移动5G网络来完成。截至2023年10月,中国移动已经建设了近190万个5G基站(比北斗地面基准站多3个数量级)[6],这是全球最大规模的5G网络,充分保障定位目标与地面基准站之间的数据通信。
  • 进化为网络RTK:5G网络加入之后,定位目标(车辆)可以同时找到多个地面基准站,传统RTK就进化为网络RTK技术。相比于传统RTK,网络RTK通过多个地面基准站可以实现更高的精度,达到「动态厘米级」、「静态毫米级」的水平;同时系统可靠性也大大提高,毕竟坏了一两个基准站也不影响结果。
  • 中移动建设5G+北斗地面基准站:中国移动与北斗的合作非常紧密,躬身入局建设地面基准站,截至2021年的数据就已经建设了4400个[7]。亲自建设,就可以更好地查漏补缺,目前中移动牵头的「5G+北斗高精度定位系统」已成为全球最大规模地基基准站网络, 北至漠河、南至三亚、东至舟山群岛、西至新疆塔县柯柯亚乡,服务覆盖我国除港、澳、台以外所有省、自治区、直辖市。

全球最大的5G网络 + 北斗地面基准站,这就形成了中国移动的One Point高精度定位平台

RTK的原理就决定了,要想实现更好的定位效果,就依赖覆盖广、时延低的通信网络,这恰恰是中国移动的强项。这件事情,适合中国移动来干,目前也只有中国移动干得了。

One Point高精度定位平台完全兼容北斗三代,且支持单北斗独立运行、 CGCS2000、WGS84、ITRF2008三大坐标系以及北斗、GPS、GLONASS、Galileo、QZSS五大卫星导航系统,也就是常说的5星16频。

从汽车的角度来说,One Point高精度定位平台可以通过单频RTK/RTD实现动态亚米级定位(亚米级RTK服务统计精度水平≤0.8 米,垂直≤1.2米;亚米级RTD服务统计精度水平≤1.5米,垂直≤3米),实现车道级导航;通过多频RTK实现动态厘米级定位(厘米级RTK服务统计精度水平≤3厘米),满足自动驾驶应用;还可以基于已有测绘数据,打造包含车道模型、道路部件、道路属性在内的高精度地图

了解One Point高精度定位平台之后我们就会发现:「车联网」不仅仅让汽车能上网了,还能让它具备高精度定位的能力。这是一切智能驾驶功能的基础,其意义之重大无需多言。

二、车路协同的应用场景

熟悉我的朋友应该知道,在高阶智驾的「单车智能」与「车路协同」两大技术路线中,我坚定地站在「单车智能」这一边。这是因为我觉得所有的道路都铺设车路协同所需要的传感器、通信工具,成本太高、不太现实。

尽管如此,我依然承认在特定场景下「车路协同」具备很强的现实意义:这不是在谈论未来,而是已经来到现实。

例如在港口集装箱运输的封闭开阔场景。首先基于中国移动One Point高精度定位平台实现动态亚米级、动态厘米级定位;再基于5G的高速、低时延、大带宽特性,可以同时支持大量集装箱卡车实现无人驾驶。

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虽然在所有道路都布设传感器和通信工具的成本太高,但我们可以选择在关键位置来布设 —— 城市路口、高速关键节点(收费站、隧道、匝道等)。

在布设传感器、边缘计算、通信设备之后,车路协同将能实现全息感知、数字孪生,可提供下面这些功能:

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城市路口的车路协同

交通态势分析:精确到车道级的流量规律、拥堵情况,为交通管理、城市规划、公交运行提供信息服务。

  • 辅助智能汽车: 匝道引导通行、隧道危险预警、收费站车道引导,以及车辆的增强感知 —— 车辆本身的感知范围有限,车路协同可以通过车联网提供「超视距」的信息。

针对上述场景,中国移动的One Traffic智能交通平台可提供以下能力:

  • 支撑全域全城:基于5G网络高速、低时延、大带宽的特性,One Traffic智能交通平台满足可满足连接百万级车辆(1000万V2X消息)的并发量下,处理时延不超60ms 技术第三方验证,率先完成验证城市级规模并发性能测试,达到国内领先的水平。
  • 融合感知算法能力:交通参与者类型(机动车、非机动车、行人)融感算法识别率达到98%,交通参与者融合感定位距离误差≤40cm,达到行业先进水平。这就完全满足交通态势分析的要求。
  • 规划决策算法能力:形成全局路径规划、局部实时路径引导、驾驶行为决策(变道、加减速、启停)、短时轨迹预测的AI能力。通过车路协同,可以与车辆本身的规划决策能力融合,形成增强规划决策算法 。
  • 算法时延:视觉感知算法时延<40ms,激光感知算法时延<60ms;规划决策端到端时延在100ms以内。这个时延特性,完全可以满足为智能汽车提供「超视距」信息的需求。

三、智能网联的应用场景

智能网联之所以放在最后讲,是因为它是车联网的基本能力,大家已经有所了解,但又了解得不够深。

一说到智能网联,大家想的就是用车机听个音乐、导个航,最多就是停车时看个剧。其实智能网联的应用不止于此,它已经润物细无声地渗透到每一个细节。

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例如咱们第一节讲的One Point高精度定位平台,就必须依赖车联网才能正常工作。再如第二节提到的5G无人集卡的例子,每个集卡的车辆状态、载货状态等数据都可以通过车联网上传,以实现更高效的精准对位作业、车辆调度与充电等管理能力。

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再举一个例子,中国移动协助车企开发的5G道路测试场,大家首先关注的车与道路之间的通讯,却忽略了5G网络将试验数据融合处理并上传,大幅提升了研发效率。

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大家可能会觉得,车联网主要出现在智能车的使用过程中,而与制造过程并没有什么关系。实际上,汽车行业的制造正在提高数字化程度,往「数字孪生工厂」的方向努力。在这项行业进程中,中移动的5G技术也将发挥至关重要的作用。

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数字孪生工厂

中国移动已与销量TOP10头部车企品牌中的4家(大众、日产、长安、长城)缔结深度车联网业务合作。

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今年9月4日,长安汽车第三届科技生态大会在两江新区召开。会上透露:长安汽车自2020年以来新上市车型实现了100%车联网功能[8],正是源于合作伙伴中国移动的深度合作。

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紧接着的9月5日,中国移动在重庆市举办5G智能网联汽车行业大会,联合 17家单位成立了中国移动车联网科技创新联合体。

其实,车路协同、智能网联只是中国移动One Traffic智慧交通平台的一个组成部分。One Traffic智慧平台具备向智慧港航、飞联网提供服务的能力。


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